Bij de ontwikkeling van robots is één kerntechnologie cruciaal: de toepassing van lagers in het humanoïde robotveld. Als kerncomponent van humanoïde robots zijn lagers goed voor ongeveer 5,5% van de waarde van de belangrijkste componenten. Verschillende soorten lagers spelen een onvervangbare rol in verschillende delen van de robot.
Ⅰ Lagers in verloopstukken
Het verloopstuk is het belangrijkste krachtoverbrengingsmechanisme in een mensachtige robot, vergelijkbaar met een menselijk gewricht. Een precisiereductiemiddel is een tussenapparaat dat de stroombron en de actuator verbindt. Zijn functie is het verminderen van de hoge snelheid van de servomotor, het versterken van het oorspronkelijke koppel van de servomotor door middel van tandwielreductieverhoudingen, en het zorgen voor een hoge stijfheid en een hoge -precieze positionering. Humanoïde robotreductoren omvatten voornamelijk harmonische reductoren, RV-reductoren en planetaire reductoren. Verschillende soorten verloopstukken stellen verschillende eisen aan lagers:
1. RV-reductielagers:
RV-reductoren, ook wel roterende vectorreductoren genoemd, omvatten een planetaire tandwielreductiekast voor-trappen en een cycloïdale pinwheel-reductiekast- achteraan. Deze transmissiemethode is een verdere ontwikkeling, gebaseerd op de klassieke planetaire pendeltransmissietechnologie. Het combineert talrijke voordelen, zoals compact formaat, lichtgewicht, brede overbrengingsverhouding, lange levensduur, stabiel precisieonderhoud, hoge efficiëntie en soepele transmissieprestaties.
Het RV-reductiemiddel maakt gebruik van drie typen lagers: een dun-wandig hoekcontactkogellager voor het hoofdlager (uitgaande as), een dun-wandig kegellager voor excentrische aspositionering en ondersteuning van het hoofdlichaam, een cilindrische rol (naaldrol) voor ondersteuning van de cycloïde tandwielen, een kooiconstructie en een dun- groefkogellager voor tandwielondersteuning.
2. Harmonische reductielagers
De roterende gewrichten van robots maken voornamelijk gebruik van harmonische verloopstukken. Hun productietechnologie is gebaseerd op harmonische transmissie. Een harmonisch verloopstuk is een mechanisch transmissiesysteem dat bestaat uit vier basiscomponenten: een golfgenerator (flexibel lager), gekruiste rollagers (star lager), een flexibel tandwiel met een externe tandwielring (flexibel wiel) en een star tandwiel (star wiel).
① Gekruiste rollagers
Er zijn verschillende series gekruiste rollagers voor harmonische verloopstukken, die multi{0}}belastingen kunnen weerstaan en een hoge precisie en stijfheid bieden. Gekruiste rollagers die speciaal zijn ontworpen voor harmonische verloopstukken kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën op basis van hun toepassingsomgeving: lagers met een gespleten buitenring en lagers met een integrale binnenring. De rolelementen van deze lagers zijn cilindrische rollen die onder een loodrechte hoek van 90 graden zijn geplaatst in een V--vormige loopring. Dankzij dit ontwerp is het lager tegelijkertijd bestand tegen belastingen uit meerdere richtingen, inclusief axiale, radiale en kantelmomenten. Bovendien vertonen deze lagers een hoge precisie, hoge stijfheid en een uitstekend draagvermogen van composiet{7}}, waardoor ze een onmisbaar onderdeel zijn van harmonische verloopstukken.
② Flexibele lagers Flexibele lagers die speciaal zijn ontworpen voor harmonische verloopstukken verschillen van traditionele lagers. Het zijn dun-wandige kogellagers met een dunnere buitenring, waardoor ze gevoelig zijn voor radiale vervorming. Ondanks hun dunne wanden blijven ze zeer flexibel en maken ze gebruik van materialen van hoge-kwaliteit om een stabiele werking te garanderen. Deze flexibele lagers voor harmonische reductoren beschikken over een uitstekend spanningsdraagvermogen. Ze zijn effectief bestand tegen afwisselende buig- en torsiespanningen en behouden ondanks hun relatief dunne wandontwerp een zekere mate van flexibiliteit in hun interactie met nokken. Zowel de binnen- als buitenringen, evenals de rolelementen, zijn gemaakt van hoog-kwaliteit hoog-koolstofchroomlagerstaal en zijn uitgerust met een integrale nylon houder, die zorgt voor een stabiele en efficiënte werking van het lager in het harmonische generatorgedeelte van de harmonische reductor.
Harmonische verloopstukken gebruiken doorgaans één gekruist rollager en één flexibel lager.
3. Planetaire tandwielreductor
Het planetaire tandwielreductiemiddel is de meest efficiënte tandwieloverbrengingsstructuur. Een planetair tandwieloverbrengingsmechanisme bestaat hoofdzakelijk uit planetaire tandwielen, een planeetdrager en een zonnewiel. In een planetair precisiereductiemiddel drijft een aandrijfmechanisme, zoals een servomotor, doorgaans het zonnewiel aan om te roteren. De ingrijping van het zonnewiel met de planeetwielen zorgt ervoor dat de planeetwielen gaan draaien. Tegelijkertijd, omdat de andere kant van het planeetwiel in ingrijping komt met een ringwiel op de binnenwand van het reductiehuis, zullen de planetaire tandwielen, aangedreven door hun eigen rotatie, op het ringwiel rollen in dezelfde richting als de rotatie van het zonnewiel, waardoor een "revolutionaire" beweging rond het zonnewiel ontstaat. Het verschil in het aantal tanden tussen het zonnewiel en het ringwiel bereikt het doel van de snelheidsreductie.
Het planetaire verloopstuk zet de hoge-rotatiesnelheid van de motor om in lage-snelheid en hoog-koppel, geschikt voor de transmissiebehoeften van niet-hoge-precieze onderdelen van robots, zoals de onderste ledematen (bijvoorbeeld heup- en kniegewrichten). Door de planeetwielen te laten draaien en door het zonnewiel te laten draaien, wordt de kracht uiteindelijk door de planeetdrager afgegeven. Het beschikt over een eenvoudige structuur, lage kosten en een hoog draagvermogen-.
Als we de Tesla Optimus Gen-2-robot als voorbeeld nemen, maakt het planetaire verloopstuk gebruik van diepgroefkogellagers en naaldlagers. Groefkogellagers worden gebruikt om kleinere radiale en axiale belastingen te weerstaan, terwijl naaldlagers worden gebruikt om de enorme radiale belastingen te weerstaan die worden gegenereerd door de planetaire tandwielen wanneer ze met hoge snelheden draaien.
II. Andere lagers in humanoïde robots
1. Lineaire actuatoren: vier- puntcontactlagers
Vier-contactlagers maken gebruik van kogellagers waarbij de stalen kogels van het kogellager op vier punten contact maken met de binnen- en buitenringen, waardoor een twee-contacttoestand wordt bereikt. Hierdoor zijn ze bestand tegen bidirectionele axiale belastingen en een bepaald deel van radiale belastingen. Het ontwerp van de composiet binnenring biedt plaats aan meer kogels, waardoor het draagvermogen- toeneemt; de gespleten structuur vergemakkelijkt de installatie en is geschikt voor verbindingen met beperkte ruimte-. De contacthoek is doorgaans 35 graden of 45 graden, met een kleine axiale speling, waardoor een hoge snelheidsbeperking en stijfheid wordt geboden.
Vier{0}}contactlagers worden vaak gebruikt in roterende verbindingen en lineaire actuatoren, in combinatie met gekruiste rollagers om bewegingen met hoge-precisie te bereiken.
2. Zelfsmerende gewrichtslagers: Zelfsmerende lagers bereiken lage- wrijvingsbewegingen door middel van bimetaalcomposietmaterialen of vaste smeermiddelen, met een wrijvingscoëfficiënt van slechts 0,08, terwijl ze ook een hoge slijtvastheid bezitten (levensduur van meer dan 10.000 uur). Bij humanoïde robots worden ze voornamelijk gebruikt in gewrichtsmodules, met een onderhoudsvrije werking, een hoge belastbaarheid en een lange levensduur, die voldoen aan de eisen van hoogfrequente bewegingen en nauwkeurigheid op micronniveau. De zelfsmerende glijlagers van Changsheng Bearing zijn bijvoorbeeld toegepast op de gewrichtsmodules van de mensachtige robots van Unitree Robotics, waardoor een penetratiegraad van meer dan 80% werd bereikt, waardoor ze de exclusieve leverancier zijn.
Andere toepassingen van zelfsmerende lagers in robots:
Reductietandwielsets: voldoen aan hoge-precieze transmissie-eisen en zorgen voor bewegingsstabiliteit.
Gewrichtsverbindingen: dragen van zware lasten en werking op hoge- snelheid, waardoor het energieverbruik wordt verminderd.
Schroefaandrijfsystemen: aanpassing aan bewegingsprecisie op micron-niveau, waardoor de algehele flexibiliteit wordt verbeterd.
Samenvatting: In de technologische piramide van mensachtige robots vormen lagers, hoe klein ze ook zijn, een cruciale kern die de bovenste en onderste lagen met elkaar verbindt. Het is niet alleen een fysieke connector, maar ook een prestatiebevorderaar, waarbij het belang ervan tot uiting komt in drie aspecten: **De hoeksteen van bewegingsprecisie:** Lagers met hoge-precisie en hoge-stijfheid zorgen voor de soepelheid, nauwkeurigheid en stabiliteit van elke robotbeweging. Van de micro-manipulatie van behendige handen tot de krachtige ondersteuning van beengewrichten: zelfs kleine fouten in de lagers worden versterkt, waardoor de algehele bewegingsprestaties van de robot direct worden bepaald.
**Garantie op draagvermogen en levensduur:** Humanoïde robots moeten bestand zijn tegen complexe multi-dimensionale belastingen in dynamische omgevingen. Gespecialiseerde dun-wandige hoekcontactkogellagers, gekruiste rollagers en andere lichtgewicht ontwerpen bieden superieure anti-kantelmogelijkheden en vermoeidheidssterkte, en vormen de hoeksteen van de -lange termijn betrouwbare werking van de robot.
**Sleutel tot energie-efficiëntie en integratie:** Lagers met lage-wrijving verminderen het vermogensverlies, verbeteren de energie-efficiëntie en verlengen indirect het uithoudingsvermogen van de robot. Tegelijkertijd bespaart de opkomst van compacte lagers (zoals vier- contactkogellagers) waardevolle ruimte bij het ontwerp van robotgewrichten, waardoor een hogere mate van integratie mogelijk wordt.
